鉅大LARGE | 點擊量:884次 | 2019年11月21日
為了提升電池的使用安全,科學家們都做出了哪些方面努力?
為了提高鋰離子電池的安全性,科學家至今已嘗試多種方法,像是開發新電極材料亦或是換成固態電解質,但現在美國科學家有了新發現,若要打造耐熱防爆的電池,其實跟電池材料內部沒有多大關系,正極材料表面的穩定性才是一大關鍵。
鋰離子電池廣泛應用在智能手機、筆記型計算機與電動車,人們生活必不可少的重要設備都需要它,但鋰電池也存有缺點,當電池受到撞擊、過充、電流過大或是故障,運作溫度可能就會超過工作溫度范圍,并引起熱失控(thermalrunaway),進而產生起火自爆的風險。
因此各方科學家一直都在尋找過熱的問題根源,試圖降低電池危險性,就好比有些科學家從開發固態電解質與緩解鋰晶枝著手,其中鋰活性強,在充放電過程中容易沉積鋰離子,電極表面會因為沉積不均勻形成樹枝狀鋰晶枝,這些晶枝容易刺穿絕緣層,最終導致故障電池起火。
而此次美國德州大學達拉斯分校則帶來全新的見解,他們經過種種材料模擬、合成與表征測試以及電池性能檢驗后,最終發現鋰離子電池過熱根源并不在材料內部,德州大學達拉斯分校材料科學與工程教授KyeongjaeCho表示,正極材料的表面才是問題所在,提高材料表面穩定性才可以打造高容量又安全的電池。
研究指出,基本上電池在重復充放電的同時,材料也在衰退,電池釋放能量時更會與產生熱,當釋放過多熱量與能量,電池就會引起火災,Cho認為,只有電池材料表面會有不穩定與不安全的疑慮,假如可以找出問題所在,科學家就能緩解電池的安全疑慮。
鋰離子電池主要由正極、負極、隔離膜與電解質構成,鋰離子則透過電解質在電極兩端游移,其中電池在充放電時,電池材料表面會釋放氧氣并產生鎳粉塵,使鋰離子傳遞過程受阻,這就會讓電池容量快速下滑,且隨著熱量不斷增加,起火與爆炸的可能性也會同時提高。
對此,Cho建議,可以在電池材料表面添加氧化物涂層,重新建構電池的結構與制程,雖然可以想見研究與實驗所耗費時間會相當長,但這是解決鋰電池安全問題的方法之一。